中国指挥与控制学会会刊 
数字射频存储器(Digital Radio Frequency Memory, DRFM)技术的出现为有源欺骗干扰带来了革新,其中,基于间歇采样的转发式干扰能够充分利用收发分时的工作特性,在真实目标周围产生多个相干假目标是有源欺骗干扰研究的热点方向[1]。
传统重复转发式干扰形成的假目标具有较强的分布规律性,易被雷达识别并剔除,大大削弱了欺骗干扰的效果[2]。为打破假目标间的分布规律,刘一兵等人[3]利用雷达线性调频信号时间频率线性相关的特点,为生成的间歇采样干扰信号添加一定移频量,使得产生的假目标分布在真实目标周围;罗志豪等人[4]利用伪随机序列控制转发脉冲宽度,实现非均匀间歇采样转发式干扰,从而生成距离间隔不等的假目标;吴筑莉等人[5]将梳状谱信号引入间歇采样转发式干扰中,有效地拓展了次级假目标的分布范围,产生了数量更多且幅值不同的假目标。上述方法没有对假目标间的分布规律进行详细分析,且都只能改变部分假目标间的分布规律。
本文提出了一种基于间歇混沌采样的变脉宽灵巧干扰方法,利用间歇混沌采样方法实现变脉宽转发,破坏假目标的幅度规律性,通过灵巧噪声卷积调制改变假目标的位置分布,以达到更好的干扰效果。
1 间歇采样重复转发干扰
间歇采样重复转发是一种直接转发雷达信号的干扰类型,其原理如图1 所示[3]。
干扰机利用矩形脉冲串,对一段脉冲信号进行采样并存储,即图1 中的a)过程。当矩形采样脉冲为3个时,直接转发1次,即图1 中的b)过程。输出信号为
ys(t)=(p(t)·s(t))⊗h(t)= y(t)+ cos 2πnfst·y(t)
式中,y(t)为真实目标的回波信号经过雷达匹配滤波后的输出信号,h(t)为雷达匹配滤波函数,p(t)为采样控制信号,n为间歇采样次数,delay为采样脉宽,Ts为间歇采样周期,fs为间歇采样频率。
将图1 中的b)、c)、d)过程叠加,即得到间歇采样重复转发干扰经雷达匹配滤波处理后的输出结果,可以表示为
y's(t)=ys(t)+ys(t-delay)+ys(t-2delay)= ys(t-(m-1)·delay)
由式(2)可知,间歇采样重复转发式干扰产生的假目标幅度相等,且距离间隔与转发时宽对应,具有明显的规律性。
2 融合混沌采样变脉宽灵巧干扰
2.1 融合混沌采样
重复转发干扰中假目标的幅度受转发时宽决定,即如果能够改变每次转发脉冲的时长,就能够调整各假目标的幅度,并破坏假目标的幅度规律性。
混沌序列是一种非周期的序列,具有其复杂性、特异性、随机性和渗透性,在综合通信和信息安全中被广泛应用。由于混沌序列的特性,如果利用其控制每次转发脉冲的时长,雷达机对干扰信号参数估计将会变得非常困难,使得干扰检测率降低。同时,混沌序列计算简单、快速,非常适用于工程实践[6]。
Tent与Logistic混沌序列具有良好的自相关特性,且随机数位于0和1之间[7],所以,本文选择融合Tent与Logistic混沌序列进行间歇采样,其中,Tent序列的映射关系为
=
Logistic混沌序列映射关系为
=μ· (1- )
两者混沌序列的融合关系为
zk=
假设间歇次数为N,利用上述的序列zk来对采样信号p'(t)进行控制,表示为
p'(t)= rect = rect
利用上述采样信号对目标雷达信号s(t)进行变脉宽的采样,得到变脉宽延时采样信号,形成间歇采样变脉宽转发干扰,其原理如图2 所示。
变脉宽转发总的干扰信号可用以上干扰信号的叠加来表示,即
yj(t)=
式中,c(τk)·y(t)为假目标调制信号。其中:
c(τk)=2cos[2πnfs(t-τ)]
上述公式表明,变脉宽转发干扰能够产生多变幅假目标,且假目标的幅度受到转发脉冲宽度的控制,即与混沌序列数值有关。
2.2 变脉宽灵巧卷积
重复转发干扰的强规律性表现在等幅度与等间隔分布的假目标通过间歇混沌采样实现变脉宽转发,虽然能够改变各假目标的幅度,但假目标的位置并没有改变。由灵巧卷积噪声干扰原理可知,对原始信号进行卷积操作,能够使干扰能量拓展分布在目标附近,可形成更多的假目标。
因此,本文利用灵巧噪声对变脉宽转发干扰进行卷积调制,以改变假目标的分布位置,变脉宽采样灵巧干扰信号经匹配滤波器h(t)处理后,得到信号j'r(t)表达式为
j'r(t)=j'(t)⊗h(t)= ⊗n(t)
由式(8)可知,变脉宽灵巧干扰经脉冲压缩后,能够形成多个幅度与间隔不等的假目标,从根本上破坏重复转发干扰假目标分布的强规律性。综上所述,生成变脉宽灵巧干扰的具体步骤如下。
步骤1:根据Tent的映射关系生成混沌序列{};
步骤2:根据Logistic的映射关系生成混沌序列{};
步骤3:根据式(5)生成融合混沌序列{zk};
步骤4:根据混沌序列{zk}生成矩形脉冲采样信号p'(t);
步骤5:利用采样信号p'(t)对雷达信号进行间歇采样,得到变脉宽采样信号yj(t);
步骤6:对变脉宽采样信号yj(t)进行噪声卷积调制,得到变脉宽采样灵巧干扰信号j'r(t)。
3 仿真结果与分析
为验证所提融合混沌序列的混沌特性,本文以无序性、遍历性、初值敏感性作为混沌序列特性的评价标准[8],并设置两种混沌序列初始参数如表1 所示。
表1 混沌序列初始参数Tab.1 Parameter settings of cooperative capture scene |
| 参数名称 | 数值 |
|---|---|
| 混沌因子h | 0.3 |
| 混沌因子μ | 3.99 |
| 混沌序列范围 | [0.6,1] |
在表1 条件下,按照2.2中的步骤1与步骤2,生成Tent混沌序列与Logistic混沌序列,然后执行步骤3获得融合混沌序列,一共迭代2 000次,记录每次迭代得到的序列值,图3 给出了融合混沌序列迭代值分布情况。
由图3 可知,融合混沌序列迭代2 000次生成的序列分布非常混乱,没有表现出任何规律性,且迭代值x(n)遍历了(0,1)间的每一个值,说明此混沌序列具有内在随机性与遍历性,满足混沌序列的本质属性。
为进一步验证所提融合混沌序列的初值敏感性,图4 与图5 分别展示了初值x1=0.3和x1=0.300 01时Logistic映射和融合混沌序列映射的迭代情况。
由图4 与图5 可知,即使初始值变化极其微小,随着迭代次数增加,迭代值的变化却存在较大差距,这是由于混沌序列具有初值敏感性;Logistic迭代值在8次开始分离,融合序列迭代值在5次就开始分离,说明本文所提融合混沌序列具有更好的初值敏感性。
为验证所提变脉宽转发干扰的有效性,在上述基础上继续执行步骤4与步骤5,生成间歇混沌采样变脉宽转发干扰,并利用脉冲压缩、恒虚假检测技术[9]对干扰效果进行仿真,结果如图6 所示,重复转发式干扰仿真结果如图7 所示。
由图6 与图7 可知,相较于间歇采样重复转发干扰,本文所提新型干扰能够使雷达检测到更多的目标,包括1个真目标和10个假目标,且各假目标幅度与距离间隔均不相同。这是由于噪声卷积调制拓展了变脉宽重复转发干扰产生的假目标群,不仅大幅增加了假目标的数量,还打乱了假目标分布的位置,验证了融合混沌采样变脉宽转发干扰具有良好的干扰效果。
4 结束语
针对转发式欺骗干扰中假目标分布规律性强的问题,本文从改变假目标幅度与位置分布角度出发,以间歇采样重复转发式干扰为基础,提出了一种基于间歇混沌采样的变脉宽灵巧干扰方法。仿真结果表明,相较于传统的重复转发式干扰,所提新型干扰样式能够产生更多数量的假目标,且各假目标间的分布规律被成功破坏,具有良好的干扰效果。